氣相色譜法的基本知識及應(yīng)用

關(guān)于氣相色譜法的基本知識及應(yīng)用一、基本概念、分類及公式1、色譜法的定義及發(fā)展色譜法是一種分離方法，它利用物質(zhì)在兩相中分配系數(shù)的微小差異進行分離。當(dāng)兩相做相對移動時，使被測物質(zhì)在兩相之間進行多次分配，這樣原來的微小差異產(chǎn)生了很大的效果，使各組分分離，以達到分離分析及測定一些物理化學(xué)常數(shù)的目的。第2頁,共40頁，2024年2月25日，星期天例如，苯加氫生成環(huán)己烷的反應(yīng)，由于苯和環(huán)己烷的沸點只相差0.6oC，一般的蒸餾方法很難分離，所以采用萃取蒸餾的方法分離。而用填充柱氣相色譜法，半米長的丁二酸乙二醇聚酯固定相填充柱上，二者可以實現(xiàn)很好的分離，因為他們在這種固定相上的分配系數(shù)差異較大，即使用其他的固定相，只要延長色譜柱的長度，也能夠?qū)崿F(xiàn)很好的分離。第3頁,共40頁，2024年2月25日，星期天如何理解色譜法(GasChromatography)主要有2點：一是要有兩相，二是要有差異。兩相：固定相和流動相具體到氣相色譜：固定相就是色譜柱(column)，流動相就是氣體或者稱為載氣(carriergas)。差異就是指分配系數(shù)的差異。第4頁,共40頁，2024年2月25日，星期天GasChromatography下面可以用一個比較粗糙的例子來幫助理解色譜法。第5頁,共40頁，2024年2月25日，星期天第6頁,共40頁，2024年2月25日，星期天第7頁,共40頁，2024年2月25日，星期天GasChromatography：海底的通道就如同色譜柱一樣，只對興趣的人有保留作用，這樣達到選擇性質(zhì)保留溶質(zhì)的效果，而保留差別的大小決定了分離的基礎(chǔ)。換作另外一個通道，比如是植物類的，例如花，那么又對另外一類人又吸引力，那么在海底通道上沒有差別的人群也許在這個花的通道上能夠看出差別，總之，只要他們之間有差別，總能夠找到這個差別把他們區(qū)分開。第8頁,共40頁，2024年2月25日，星期天色譜法發(fā)展的歷史：1906年俄國植物學(xué)家Tswett命名自己發(fā)明的分離植物色素的新方法為色譜法。因為他并不是一個著名的學(xué)者，因此他發(fā)表出來的文章并沒有得到重視。1931年，德國的Kuhn和Lederer重復(fù)了Tswett的實驗，得到很好的結(jié)果，色譜法因此得到很大的推廣。1940年，Martin和Synge提出了液液分配色譜法，又把塔板的概念引入色譜法中，初步建立了塔板理論。1941年，他們提出了用氣體代替流體做流動相的可能性，在他們發(fā)展了完整的氣液色譜法之后，他們得了1952年的諾貝爾化學(xué)獎。第9頁,共40頁，2024年2月25日，星期天隨后，1957年Golay開展了開管柱氣相色譜。上個世紀(jì)六十年代末把高壓泵和鍵合相固定相結(jié)合，出現(xiàn)了高效液相色譜。接著，出現(xiàn)了色譜法和其他檢測技術(shù)的聯(lián)用，例如GC-MS、GC-IR等。上個世紀(jì)八十年代，毛細管電泳出現(xiàn)，此后得到長足的發(fā)展，并不斷出現(xiàn)新的模式，一直成為研究的熱點。第10頁,共40頁，2024年2月25日，星期天2、色譜法的分類a、按兩相物理狀態(tài)分類流動相為氣體：固定相為固體Gas–solidChromatography

固定相為液體Gas-liquidChromatography流動相為液體：固定相為固體Liquid-solidChromatography

固定相為液體Liquid-liquidChromatography流動相為超臨界流體：SupercriticalFluidChromatography第11頁,共40頁，2024年2月25日，星期天b、按分離原理分類吸附色譜（adsorptionchromatography)分配色譜(partitionchromatography)離子交換色譜(ion-exchangechromatography)凝膠色譜(gelchromatography)絡(luò)合色譜(complexationchromatography)親和色譜(affinitychromatography)第12頁,共40頁，2024年2月25日，星期天c、按色譜動力學(xué)過程分類淋洗法(elutionmethod)流動相與固定相的結(jié)合比樣品與固定相的結(jié)合弱分為等度淋洗和梯度淋洗。是目前色譜方法總最普遍的方法。置換法(displacementmethod)流動相與固定相的結(jié)合比樣品與固定相的結(jié)合強前沿法(frontalmethod）樣品本身就是流動相，固定相上吸附或者溶解力最弱的最先流出，后面的就是混合物了。第13頁,共40頁，2024年2月25日，星期天d、按固定相形式分類平板色譜：薄層色譜，紙色譜柱色譜：填充柱GC，高效液相色譜第14頁,共40頁，2024年2月25日，星期天3、基本參數(shù)及公式第15頁,共40頁，2024年2月25日，星期天色譜圖：若干物質(zhì)的流出曲線，即在不同時間上的濃度或者響應(yīng)的大小。保留時間retentiontime（tR）：樣品注入到色譜峰頂出現(xiàn)的時間。保留體積retentionvolume（VR）：從注射樣品到色譜峰值出現(xiàn)時，通過色譜系統(tǒng)的流動相的體積。一般可以用保留時間乘流動相線速度得到。第16頁,共40頁，2024年2月25日，星期天死時間deadtime（tM）：不被保留的樣品通過色譜柱的時間。調(diào)整保留時間adjustedretentiontime（tR’）：保留時間減去死時間等于調(diào)整保留時間。第17頁,共40頁，2024年2月25日，星期天色譜峰底寬W

：由色譜峰的兩邊拐點做切線，與基線交點的距離。半峰高寬度W?

：色譜峰高一半處的峰寬。也稱為色譜峰半高寬度。第18頁,共40頁，2024年2月25日，星期天理論塔板數(shù)和有效塔板數(shù)理論塔板數(shù)和有效塔板數(shù)的區(qū)別是用保留值和調(diào)整保留值的關(guān)系，由于死體積中的保留時間與分配平衡無關(guān)，因此有效塔板數(shù)描述的更加準(zhǔn)確一些。第19頁,共40頁，2024年2月25日，星期天理論塔板數(shù)或者有效塔板數(shù)是衡量色譜柱分離能力高低的重要指標(biāo)，買來一個色譜柱，一定先看它給出的柱效指標(biāo)，就是指N的大小，只有N比較大，對難分離的物質(zhì)才能夠給出滿意的結(jié)果。第20頁,共40頁，2024年2月25日，星期天分離度R峰底分離度：等于相鄰組分色譜峰保留值之差與色譜峰平均峰底之比。第21頁,共40頁，2024年2月25日，星期天分離度R等于1時兩個色譜峰得到基本分離，R等于1.5時，兩峰得到完全分離。在定量分析中，要對色譜峰進行積分時，最少要達到R為1，如果達到R>1.5，保證積分中基本沒有誤差。第22頁,共40頁，2024年2月25日，星期天二、氣相色譜儀器第23頁,共40頁，2024年2月25日，星期天第24頁,共40頁，2024年2月25日，星期天氣相色譜儀的組成氣路系統(tǒng)進樣系統(tǒng)柱系統(tǒng)檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)第25頁,共40頁，2024年2月25日，星期天氣路系統(tǒng)：氣源高壓鋼瓶氣體發(fā)生器氣路控制系統(tǒng)控制閥電子氣路控制（即EFC或EPC）第26頁,共40頁，2024年2月25日，星期天進樣系統(tǒng)：進樣口（氣化室）手動進樣自動進樣第27頁,共40頁，2024年2月25日，星期天特別說明的是關(guān)于氣體進樣的問題：需要氣體進樣閥（a）

載樣位置；（b）

進樣位置；1、

載氣入口2、

接色譜柱3、

樣品注入口4、

放空5、

樣品定量管第28頁,共40頁，2024年2月25日，星期天柱系統(tǒng)色譜柱：填充柱和毛細管柱柱溫箱溫度程序?qū)崿F(xiàn)的基礎(chǔ)第29頁,共40頁，2024年2月25日，星期天填充柱與毛細管柱的比較參數(shù)內(nèi)徑mm常見長度m每米柱效N柱材料

柱容量

程序升溫應(yīng)用

固定相填充柱

2～50.5-3

1000玻璃、不銹鋼

mg級

基線漂移

載體＋固定相

毛細管柱0.1-0.5310-60

3000熔融石英

100ng基線穩(wěn)定

固定液

第30頁,共40頁，2024年2月25日，星期天毛細管柱的優(yōu)點：毛細管內(nèi)沒有固體填料，氣阻比填充柱小的多，可以采用較長的柱管和較小的內(nèi)徑，以及較高的載氣流速，既沒有渦流擴散，又減小了縱向擴散造成的譜帶展寬。較薄的液膜又在一定程度上抵消了由于載氣流速增大引起的傳質(zhì)阻力增大。第31頁,共40頁，2024年2月25日，星期天缺點：柱容量小，進樣量小，對進樣技術(shù)要求更高。載氣流速的控制要求更加精確。對檢測器的靈敏度要求更高。第32頁,共40頁，2024年2月25日，星期天毛細管柱的3種類型：壁涂開管柱WCOT：WallCoatedOpenTubularcolumn載體涂漬開管柱SCOT：SupportCoatedOpenTubularcolumn多孔層開管柱PLOT：PorousLayerOpenTubularcolumn第33頁,共40頁，2024年2月25日，星期天第34頁,共40頁，2024年2月25日，星期天第35頁,共40頁，2024年2月25日，星期天檢測系統(tǒng)火焰離子化檢測器FID：flameionizationdetector熱導(dǎo)檢測器TCD：thermalconductivitydetector電子俘獲檢測器ECD：electroncapturedetector氮磷檢測器NPD：nitrogenphosphordetector火焰光度檢測器FPD：flamephotometricdetector質(zhì)譜檢測器MSD：massspectrometrydetector第36頁,共40頁，2024年2月25日，星期天主要介紹TCD和FID兩種檢測器TCD:thermalconductivitydetector基本原理是每種物質(zhì)都有導(dǎo)熱能力，而且導(dǎo)熱的能力大小不同，通過一個熱敏電阻來測定與熱敏電阻接觸的氣體組成變化情況。這種檢測方式雖然不是最靈敏的，但是對所有樣品都有響應(yīng)，是通用型的檢測器。第37頁,共40頁，2024年2月25日，星期天FID：flameionizationdetector一般用的是氫火焰原理是在氫火焰燃燒時，在火焰的上方會有一個溫度很高的區(qū)域，樣品在這個區(qū)域被離子化，形成一些正負離子，在火焰的周圍加上一個電場，讓離子定向移動，形成電流，經(jīng)過一系列放大后得到放